Исходный уровень знаний и навыков. 1 Элементы химической термодинамики

Студент должен знать:

1 Элементы химической термодинамики. Первый и второй законы термодинамики. Понятие об энергии Гиббса.

2 Суть и механизм окислительно-восстановительных реакций.

3 Строение коферментов NAD⁺, NADP⁺, FAD, FMN, их роль и механизм участия в окислительно-восстановительных реакциях.

Студент должен уметь:

1 Выполнять качественные реакции на субстраты энергетического обмена.

Структура занятия

Теоретическая часть

1.1 История развития учения о биологическом окислении (БО). Взгляды А. Лавуазье, М. В. Ломоносова, Ф. Шёнбайна, А. Н. Баха, К. Энглера, В. И. Палладина, Г. Виланда.

1.2 Теория перекисных соединений Баха-Энглера, ее суть и критический анализ.

1.3 Теория Палладина-Виланда, ее суть и критический анализ.

1.4 Дальнейшее развитие учения о биологическом окислении. Современные представления о биологическом окислении. Принципы преобразования и передачи энергии в живых системах. Окислительно-восстановительные реакции, окислительно-восстановительный потенциал. Макроэргические соединения, строение АТФ, причины макроэргичности.

1.5 Субстраты биологического окисления. Схема образования субстратов из углеводов, липидов, белков. Этапы биологического окисления – цитоплазматический и митохондриальный.

1.6 Ферменты, коферменты биологического окисления. Витамины PP, B₂. Строение и роль в энергетическом обмене.

1.7 Строение и функции митохондрии. Сравнительная характеристика мембран митохондрий. Ферментный состав различных компартментов.

1.8 ЦТК – цикл трикарбоновых кислот (Кребса) как общий конечный пункт утилизации субстратов биологического окисления. Последовательность реакций, ферменты, коферменты. Субстратное фосфорилирование. Регуляция ЦТК. Значение ЦТК (энергетическая, пластическая, интеграционная и регуляторная роль).

1.9 Пути утилизации кислорода в организме (митохондриальный, микросомальный и перекисный).

1.10 Связь дыхательной цепи (ДЦ) с ЦТК.

1.11 Митохондриальное окисление. Структура и функция дыхательной цепи (ДЦ) митохондрий. Комплексы ДЦ. Основные принципы и механизм функционирования ДЦ митохондрий. Ферменты тканевого дыхания: NAD⁺, NADP⁺, FAD-зависимые дегидрогеназы, убихинон, цитохромы, их строение и роль.

Практическая часть

2.1 Решение задач.

2.2 Лабораторные работы.

2.3 Проведение контроля конечного уровня знаний.

Задачи

1. Реакция гидролиза глюкозо-1-фосфата (ΔG = -20,9 кДж/моль):

а) экзэргоническая; б) эндэргоническая?

2. Окислительно-воcстановительные свойства НАД⁺ определяются наличием в его структуре:

а) аденина; б) рибозофосфата; в) катиона пиридиния?

3. При гидролизе макроэргической связи выделяется энергии:

а) не менее 32 кДж/моль; б) 12 кДж/моль; в) более 50 кДж/моль; г) не менее 23 кДж/моль?

4. Окислительно-воcстановительные свойства ФАД определяются наличием в его структуре:

а) рибитола; б) изоаллоксазина; в) рибозофосфата; г) аденина?

5. Фермент субстратного фосфорилирования в ЦТК:

а) изоцитратдегидрогеназа; б) сукцинатдегидрогеназа; в) малатдегидроге-наза; г) цитратсинтаза; д) сукцинил-КоА-синтетаза?

6. ЦТК является кислородзависимым процессом, потому что:

а) кислород необходим для синтеза оксалоацетата;

б) кислород необходим для регенерации ацетил-КоА;

в) кислород необходим для регенерации НАД⁺ и ФАД;

г) кислород активирует цитратсинтазу?

7. Условием ингибирования ЦТК, является:

а) высокое содержание АТФ; б) низкая концентрация НАДН; в) высокое содержание АДФ, г) высокая концентрация НАДН?

8. Столько молекул НАДН может образоваться за один оборот ЦТК?

а) четыре; б) три; в) две; д) одна; е) ни одной.

9. Выбрать правильную последовательность превращения углеводов в ходе унификации энергетических субстратов:

а) полисахариды → моносахариды → ацетил-КоА → пируват → Н₂О + СО₂;

б) полисахариды → пируват → моносахариды → ацетил-КоА → Н₂О + СО₂;

в) моносахариды → полисахариды → ацетил-КоА → пируват → Н₂О + СО₂;

г) моносахариды → полисахариды → пируват → ацетил-КоА → Н₂О + СО₂;

д) полисахариды → моносахариды → пируват → ацетил-КоА → Н₂О + СО₂?

10. Теоретически энергетический выход одного «оборота» ЦТК составляет:

а) 3 АТФ; б) 6 АТФ; в) 9 АТФ; г) 12 АТФ; д) 15 АТФ?

Лабораторные работы

Лаборатоpная работа № 1.Открытие некоторых субстратов ЦТК (лимонной и янтаpной кислот)

Принцип метода. Ди- и трикарбоновые кислоты, карбоксильные группы которых расположены рядом, при взаимодействии с резорцином и концентрированной серной кислотой образуют флюоресцирующие в ультрафиолетовом свете продукты.

ВНИМАНИЕ! Соблюдать меры безопасности при работе с источником ультрафиолетового излучения, концентрированной серной кислотой и нагреванием на спиртовке.

Ход работы. В две пробирки добавляют по 1 капле воды (избыток воды мешает реакции) и растворяют: в 1-й – несколько кристаллов цитрата, а во
2-й – янтарной кислоты. Затем в обепробиркивносят по 10–12 капель концентрированной серной кислоты и несколько кристаллов резорцина. Содержимое пробирок осторожно нагревают (но НЕ КИПЯТЯТ!) до появления окраски желтого цвета. К охлажденнымпробиркамдобавляют по 20 капель дистиллированнойводы и наблюдаютвультрафиолетовом свете флюоресценцию: голубую – в пробирке с цитратом и зеленую – с сукцинатом.

Выводы по результатам работы.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Лаборатоpная работа № 2. Качественное обнаружение цитохромоксидазы.

Принцип метода. Цитохромоксидаза, содержащаясявскелетной мышце, обесцвечивает 2,6-дихлорфенолиндофенол (2,6-ДХФИФ, краска Тильманса), переводя его в восстановленную форму (см. уравнение):

Ход работы. 1 г свежих скелетных мышц, освобожденных от жировой ткани, тщательно растирают в ступке в течение 10мин. Мышечную кашицу фильтруют через слой марли и многократно промывают твердый осадок дистиллированной водой до обесцвечивания промывных вод.

На мышечную кашицу, отжатую между листами фильтровальной бумаги, капают 2-3 капли раствора 2,6-ДХФИФ и наблюдаютего обесцвечивание, связанное с активностьюцитохромоксидазы мышечной ткани (восстановление краски Тильманса в лейкоформу).

Выводы по результатам работы.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рекомендуемая литература

Основная

1 Кухта, В.К и др. Биологическая химия: учебник / В.К. Кухта, Т.С. Морозкина, Э.И. Олецкий, А.Д. Таганович; под ред. А.Д. Тагановича. – Минск: Асар, М.: Издательство БИНОМ, 2008. – С. 96-97, 99-101, 131-139, 178-182.

2 Биохимия: Учебник для вузов / Под ред. Е.С. Северина. – 4-е изд., испр. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2006. – С. 126-127, 264-274, 281-294.

3 Филиппович, Ю. Б. Основы биохимии. – 4-е изд. – М.: Агар, 1999. – С. 161-164, 355-357, 423, 411-417.

4 Николаев, А.Я. Биологическая химия. М.: Медицинское информационное агентство, 2004. – С. 66-68, 128, 172-177, 235-247.

5 Марри Р. и др. Биохимия человека: в 2-х т.: Пер. с англ., М.: Мир, 2004. – Т.1: С. 111-124, 172-180, 278-280.

6 Березов, Т. Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. – М.: Медицина, 1998. – С. 345–353.

Дополнительная

7 Ленинджер А. Основы биохимии. М.: Мир, 1985. Т. 2. С. 477–507.

Занятие 7

Биологическое окисление-2. Тканевое дыхание.
Окислительное фосфорилирование.
Микросомальное и перекисное окисление

Цель занятия: сформулировать современные представления о механизмах получения, депонирования и утилизации энергии в живых организмах, путях потребления кислорода в организме в норме и при патологии.